Vitamina D y cáncer de la piel

La vitamina D es una prohormona soluble en grasa comúnmente suplementada a través de plantas o animales de la dieta. Hay dos formas químicas de vitamina D llamadas vitamina D₃ (colecalciferol) y vitamina D₂ (ergocalciferol), las cuales derivan de animales o plantas, respectivamente. La vitamina D3 puede ser producida naturalmente en la piel a partir del 7-dihidrocolesterol endógeno a través de una reacción fotoquímica por los rayos solares ultravioleta (UV) o a partir de fuentes dietéticas de origen animal. Por otra parte, la vitamina D2 es producida a partir del ergosterol de plantas, levaduras y hongos estimulados por irradiación  UV. Tanto la vitamina D2 como la vitamina D3 son biológicamente inertes y necesitan experimentar dos etapas de conversión para volverse activas. En el hígado, la vitamina D₃ primero es convertida en calcidiol (25-hidroxivitamina D₃ (25(OH)D₃)), por la enzima CYP24B1 como la principal forma circulante de la vitamina. El calcidiol es el más estable y abundante metabolito de la vitamina D en la circulación sanguínea, y tradicionalmente es usado como biomarcador del estatus de vitamina D. En las células del túbulo proximal del riñón, la mayor parte del calcidiol es convertida por hidroxilación en calcitriol (1,25-dihidroxivitamina D₃ (1,25(OH)₂D₃) por la enzima renal CYP27B1 (1-OHasa) formando la hormona endocrina activa. El sistema vitamina D tiene una potente regulación por  retroalimentación que inhibe el exceso de 1,25(OH)₂D₃  a través de la enzima CYP24A1. Esta enzima cataboliza 1,25(OH)₂D₃ en 24,25(OH)₂D₃ destinado para la excreción. Por otra parte, tipos específicos de células tienen la maquinaria enzimática para sintetizar y metabolizar localmente vitamina D₂/D₃ con funciones paracrinas y autocrinas.

   La 1,25(OH)₂D₃ actúa como un ligando de alta afinidad que se une al receptor de vitamina D (VDR), el cual se encuentra en la mayoría de células del cuerpo para llevar a cabo una diversidad de funciones. El VDR activado controla la expresión de genes funcionando como un factor de transcripción, y como un regulador epigenético a través de su acetilación directa y el control de la estructura de la cromatina vía interacciones con el complejo remodelador de cromatina PBAF/BAF. Como factor de transcripción, el VDR puede interactuar con secuencias de ADN específicas llamadas elementos de respuesta (VDRE). Los VDRE forman parte de aumentadores, promotores, regiones exónicas y/o intrónicas de genes que codifican o no codifican proteínas como microARN a menudo trabajando en sinergia con otros factores. El VDR también puede funcionar de manera no genómica a través de interacciones en la membrana de la célula.

   En condiciones normales, la vitamina D mantiene la integridad de la epidermis y los procesos de cicatrización de las heridas cutáneas. Entre muchos tipos de células, el VDR es expresado en los queratinocitos que residen en la capa basal de la epidermis de la piel y en la protuberancia del compartimento de folículos pilosos. En la piel, la vitamina D funciona para suprimir la formación de tumor en la epidermis, facilita la inmunidad innata antimicrobiana, regula la proliferación de queratinocitos y la diferenciación y mantenimiento de la barrera de permeabilidad de la piel. La ablación de VDR perturba los procesos de expresión de marcadores de diferenciación inducida por calcio y la formación de complejos E-caderina/catenina críticos para los procesos de diferenciación. Adicionalmente, la ablación de VDR altera la morfología de los queratinocitos a partir de su clásica forma cuboidal con uniones intercelulares estrechas a una colección de células similares a fibroblastos que sugiere una transformación epitelial-a-mesenquimal. También, la suplementación oral con dosis altas de vitamina D resulta en un incremento de la diferenciación epidérmica en la capa basal de la piel. Desde una perspectiva clínica, la aplicación tópica de 1,25(OH)₂D₃ o un análogo sintético (Dovonex) son usados para tratar la psoriasis, una condición de hiperproliferación de queratinocitos. Más aún, los ratones que carecen de Cyp27b1 no producen 1,25(OH)₂D₃ y tienen pelo normal, exhiben cambios en la diferenciación de la epidermis, alteración de la barrera de permeabilidad y una respuesta defectuosa en el proceso de cicatrización de heridas de la piel.

   El cáncer de piel es uno de los tipos de cáncer más prevalentes en la población humana. Hay tres tipos principales de canceres de piel: carcinoma de células escamosas (CCE), carcinoma de células basales (CCB) y melanoma. El CCE y el CCB colectivamente son llamados carcinoma de queratinocitos, donde el CCE está íntimamente asociado con la exposición a la luz solar. La expresión de VDR, CYP24A1 y CYP27B1 es mayor en CCB y CCE en comparación con células de piel no cancerosa, lo cual sugiere que la síntesis endógena y el metabolismo de vitamina D y de los transcriptos regulados por VDR tienen el potencial para controlar el crecimiento y la conducta de las células cancerosas. La luz solar consiste de dos tipos de rayos peligrosos: UVA de onda larga y UVB de onda corta, ambos causan daño en el ADN.  Los rayos UVA pueden penetrar la dermis, mientras los rayos UVB afectan las capas más superficiales. La exposición  a rayos UVA causa producción de radicales libres que provocan estrés oxidativo e indirectamente daño al ADN. Los rayos UVB causan daño al ADN provocando mutaciones y transformación celular y malignidad. A pesar de la fotocarcinogénesis y la supresión inmune de los efectos de la luz solar, los rayos UVB de longitud de onda de 290-315 nm también son responsables de la síntesis de vitamina D.

   Después de la exposición a  rayos UV, el crecimiento celular se detiene para reparar el daño en el ADN. La reparación inadecuada o la remoción de las células dañadas resultan en células que se expanden clonalmente y forman tumores. En estudios en animales, el tratamiento de corta duración con rayos UV disminuye la proliferación de queratinocitos en ratones normales, mientras las células con ablación de VDR  se vuelven más proliferativas, lo cual sugiere que el VDR promueve la detención del crecimiento después del tratamiento con rayos UV. Adicionalmente, menos número de células apoptóticas se observa en la piel sin VDR en comparación con la piel normal después de la exposición a rayos UV, sugiriendo que el VDR es importante para eliminar células severamente dañadas. Además de la exposición a los rayos UV, el tratamiento oral o tópico con carcinógenos incrementa los tumores de la piel en los ratones que carecen de VDR. Entonces, el VDR juega un rol protector contra la carcinogénesis promoviendo la regeneración de la epidermis.

   La ruta de señalización nuclear Wnt-β-catenina ha sido estudiada extensamente en el CCB. En los queratinocitos basales de la epidermis, la señal Wnt-β-catenina nuclear induce genes como ciclina D1 y cMyc para promover la proliferación. La ruta β-catenina es regulada por la vitamina D y es alterada en ausencia de VDR. La β-catenina también está asociada con complejos de uniones de adherencia incluyendo E-caderina y juega un rol en la diferenciación de los queratinocitos. La supresión de VDR en los queratinocitos resulta en un incremento en la transcripción de ciclina 1 mediada por β-catenina  y concomitantemente una disminución en los complejos de membrana β-catenina-E-caderina. Adicionalmente, los ratones con una ganancia de la función de β-catenina exhiben actividad β-catenina constitutiva y pelo ectópico, pero no formación de CCB. Estos datos reflejan las interacciones entre β-catenina y el sistema vitamina D para promover el CCB.

   El VDR es requerido para la activación de la señal Wnt-β-catenina en los queratinocitos de la epidermis. EL VDR regula directamente la expresión de genes de la ruta Wnt-β-catenina, concretamente AXIN2, el cual es un regulador negativo de la señal Wnt. El AXIN2 forma un complejo multiproteína con pólipos adenomatosis poliposis coli (APC), β-catenina, glucógeno sintetasa quinasa 3-β y conductina, lo cual provoca la degradación de β-catenina. Entonces, es posible que la pérdida de VDR pueda provocar una acumulación nuclear de β-catenina a través de la desregulación de la degradación del complejo  AXIN2-β-catenina para promover la  formación de tumor CCB.

   El CCB también puede provenir de defectos en otra ruta de señalización llamada Hedgehog.  El Sonic hedgehog (SHH), miembro de la ruta Hedgehog, promueve la activación nuclear de factores de transcripción Gli. Con la activación de Gli 1/2, aumenta la expresión de factores anti-apoptosis y ciclinas mientras los genes de diferenciación de queratinocitos son suprimidos. Más aún, con la carcinogénesis química o la exposición a rayos UVB, los componentes de la ruta de señalización  Shh son regulados al alza en las células de la epidermis. En ratones que carecen de Vdr, el Shh está elevado en la epidermis, utrículos de folículos pilosos displásticos y en el borde externo de células de quistes dérmicos. Estos hallazgos sugieren que el VDR puede tener funciones antagónicas hacia la ruta de señalización Shh y jugar un rol protector durante la formación del CCB.

   El melanoma, cáncer de melanocitos, es la forma más agresiva de cáncer de la piel influenciado por factores ambientales y genéticos. La señal vitamina D puede jugar un rol regulador en la formación y progresión del melanoma maligno cutáneo (MMC). Adicionalmente, las variaciones en el gen VDR son un factor de riesgo para el desarrollo y la patogénesis de melanomas. Aunque la relación causa-efecto es desconocida, los individuos con bajos niveles de 25(OH)D₃ tienen un elevado riesgo de MMC. Los datos in vitro sugieren que la vitamina D tiene efectos antiproliferativos en cultivos de células de melanoma. Esto es apoyado por estudios que demuestran que la vitamina D puede bloquear la proliferación de células de melanoma.  Estudios recientes demuestran que los efectos antiproliferativos de la vitamina D son gobernados por el grado en que son inducidos el VDR y la CYP24A1. Sin embargo, algunos estudios concluyen que la mayoría de líneas de células de melanoma son resistentes a los efectos antiproliferativos de 1,25(OH)₂D₃ y que la vitamina D podría tener un efecto positivo solo en una minoría de casos de pacientes con  melanoma.  Por otra parte, el co-tratamiento de líneas de células de melanoma con drogas que modulan mecanismos epigenéticos es capaz de incrementar la respuesta a 1,25(OH)₂D₃, lo que sugiere la posibilidad de una terapia combinada en ciertos casos.

   Los estudios prospectivos sobre la incidencia del cáncer de la piel han demostrado que el riesgo de desarrollar CCE es menor en individuos con altos niveles plasmáticos de vitamina D. Los ratones que carecen de Vdr desarrollan tumores CCE cuando son expuestos a radiación UV, sugiriendo un rol protector de la señal VDR. El VDR y las enzimas que metabolizan a vitamina D son expresados en células CCE, lo cual sugiere que la vitamina local puede modular la formación del tumor. Los queratinocitos derivados de pacientes con CCE sintetizan 1,25(OH)₂D₃, sin embargo, exhiben resistencia y alteración de la diferenciación en respuesta al calcio y la 1,25(OH)₂D₃. Por tanto, es razonable considerar que otros factores de transcripción también son requeridos para la diferenciación apropiada de CCE mediada por el VDR. Más aún, dependiendo del estadio del CCE (proliferación o diferenciación), el VDR se une a proteínas accesorias específicas que controlan la expresión de genes y la repuesta diferencial del tratamiento con 1,25(OH)₂D₃.  Durante la proliferación de células CCE, la proteína accesoria Drip/Med1 interactúa con el VDR, mientras durante los estadios tardíos de diferenciación, la proteína Src media la respuesta a la vitamina D uniéndose al VDR. Los polimorfismos del VDR humano incrementan el riesgo de desarrollar CEE, así como también de desarrollar queratosis solar. La aplicación tópica de 1,25(OH)₂D₃ también inhibe la progresión del CCE in vivo e in vitro promoviendo la detención del ciclo celular o la supresión de la ruta del  blanco de rapamicina (mTOR). Los análogos de 1,25(OH)₂D₃ pueden disminuir el crecimiento del CCE suprimiendo la síntesis de ADN y promoviendo la apoptosis. La ruta genómica del VDR es la principal responsable de los efectos antiproliferativos del VDR.

   La vitamina D no solo suprime células cancerosas y “stem cells” cancerígenas, también regula el microambiente del tumor. Varios estudios sugieren que la vitamina D puede regular el inicio y las metástasis del tumor influyendo en las interacciones célula-microambiente. Las células tumorales con una pequeña proporción de stem cells cancerígenas existen en un microambiente estromal que consiste en vasos sanguíneos, fibroblastos asociados a cáncer, células inmunes y componentes extracelulares. Por ejemplo, es bien conocido que la inflamación es uno de los principales contribuyentes en la iniciación de los tumores. En este contexto, la vitamina D ejerce efectos anti-inflamatorios en tumores específicos. La 1,25(OH)₂D₃ inhibe la ruta prostaglandina (PG) involucrada en respuestas pro-inflamatorias a través de la inhibición de la ciclooxigenasa-2 (COX-2), receptores de PG y degradación de PG en células de tumores de próstata y mama. La 1,25(OH)₂D₃ también suprime la ruta pro-inflamatoria regulada por p38/MAPK en células de cáncer de próstata y bloquea la ruta pro-inflamatoria del factor nuclear κB (NF-κB), la cual a su vez inhibe a la AKT en macrófagos. La 1,25(OH)₂D₃ puede modular los fenotipos cáncer e inmune suprimiendo citoquinas pro-inflamatoria como TNF-α e IL-6.

   El ADN celular es dañado por una variedad de factores como luz UV, radiaciones ionizantes, estrés oxidativo y ciertas drogas. Las células desarrollan rutas para controlar su metabolismo y responden al daño del ADN, lo cual colectivamente es conocido como respuesta al daño de ADN (RDA). Cuando el daño del ADN es excesivo, la integridad del genoma es preservada por la detención del ciclo celular antes que la célula pueda replicarse para maximizar su tiempo de supervivencia. Las células expresan proteínas sensoras de daño de ADN (por ejemplo, miembros de la familia PIKK) que localizan una proteína de replicación específica en el ADN. Estos sensores responden al daño del ADN coordinando su reparación y activando “checkpoint  del ciclo celular (por ejemplo, vigilancia del genoma) y/o cambios metabólicos. Las proteínas sensoras facilitan la integridad genómica apropiada reclutando complejos de proteínas reparadoras de ADN hacia los sitios de daño del ADN. Los miembros de la familia PIKK incluyen  ataxia telangiectasia mutada (ATM),  ataxia telangiectasia y Rad3 relacionada (ATR) y estas proteínas responden de manera diferencial dependiendo de la fuente del daño. Los hallazgos emergentes sugieren que la ruta de señalización mTOR juega un rol importante en la modulación de la red RDA para proteger las células contra el estrés metabólico y genotóxico. El mTOR es un complejo de proteína quinasa (C1 o C2) que regula y relaciona crecimiento celular y metabolismo con factores ambientales. La desregulación  de la señal mTOR  puede provocar enfermedades como cáncer y desórdenes metabólicos. Las células normales cesan la señal mTORC1 en respuesta al estrés metabólico. Concomitantemente con la regulación de checkpoint, la señal mTOR es inhibida vía proteínas sensoras de estrés llamadas sestrinas. El ADN dañado puede inducir la expresión de sestrinas vía p53, la cual a su vez inhibe al mTORC1 por fosforilacion de AMPKLa señal mTORC1 constitutiva puede incrementar la inestabilidad del genoma resultando en proteólisis acelerada y RDA defectuosa. Por tanto, corregir la señal mTORC1 puede proporcionar beneficios terapéuticos.

   El eje de señalización PI3K-AKT (llamada proteína quinasa B) es el ejemplo más característico de la comunicación que existe entre las redes RDA y el mTORC1. Una vez en la membrana celular, la AKT es fosforilada y a su vez fosforila muchos blancos relacionados con la progresión del ciclo celular. La AKT es activada por PIKK quinasas inducidas por el ADN dañado. La AKT activada puede fosforilar directamente al complejo esclerosis  tuberosa (TSC) 2 en múltiples sitios, seguido por la disociación del TSC2 por los lisosomas provocando la activación de mTORC1.

   La señal vitamina D puede influir en la RDA a nivel de la ruta mTOR. El mTOR es informado de un potencial daño en el ADN por varios sensores de daño del ADN para inducir sus niveles de proteínas y actividad quinasa. Dependiendo de la extensión del daño, las células pueden ser corregidas adecuadamente por la activación  de los mecanismos de reparación y resolución de actividad mTOR, o acumular daño celular a través de la activación excesiva o descontrolada del mTOR. El transcripto inducible por daño de ADN-4 (DDIT4), también llamado desarrollo regulado y respuesta al ADN dañado-1 (REDD1), es un regulador negativo de la ruta mTOR. La disminución de la  expresión de DDIT4 está asociada con múltiples enfermedades incluyendo tumores malignos, donde el mTORC1 se encuentra  hiperactivo. La importancia del DDIT4 en la protección y supervivencia celulares ha sido demostrada en ratones que carecen de Ddit4, los cuales exhiben actividad aumentada de mTOR. Los ratones que carecen de Ddit4 son resistentes a  diversas condiciones de estrés. Por el contrario, el aumento en la expresión de DDIT4 puede promover la muerte celular por apoptosis o diferenciación terminal de ciertos tipos de células incluyendo folículos pilosos que carecen de Vdr. La interacción entre vitamina D y la señal mTOR ocurre a nivel de DDIT4. En los queratinocitos de la piel, el DDIT4  es un gen blanco del VDR que actúa de una manera dependiente de ligando para suprimir la señal mTORC1. Sin embargo, la persistente supresión de mTORC1 por la vitamina D puede ser una etapa en el inicio de mecanismos de auto-destrucción como la autofagia que puede iniciar la muerte celular. El DDIT4 inhibe al mTORC1 activando al TSC. El DDIT4 puede promover la desfosforilación e inactivación de la AKT, un represor del TSC2. Adicionalmente, el DDIT4 también está involucrado en la supresión de especies reactivas de oxígeno, un factor contribuyente del daño oxidativo del ADN. Entonces, la regulación del sistema DDIT4-mTOR por un suplemento natural como la vitamina D puede ser una ruta altamente efectiva para influir en numerosos reguladores de la RDA.

   En conclusión, la exposición de la piel a la luz solar está asociada con riesgos y beneficios. Por una parte, la radiación UV de la luz solar puede causar cáncer de la piel a través de mutaciones del ADN. Por otra  parte, los rayos UV pueden ser absorbidos por 7-dehidrocolesterol para iniciar la síntesis endógena de vitamina D para efectos anti-cáncer. Entonces, proteger la piel de la luz solar para evitar el cáncer de la piel puede provocar alteraciones de los niveles de vitamina D. Para limitar el cáncer, los metabolitos de la vitamina D pueden promover diversos eventos como reparación de ADN dañado, apoptosis de células malignas y supresión de la supervivencia y la proliferación inmune. Los hallazgos recientes sugieren que parte de los efectos anti-cáncer de la vitamina D en el CCE, un tipo de cáncer relacionado directamente con la exposición a la luz solar, involucra a la ruta de señalización DDIT4-mTOR para aumentar la autofagia celular. Como la actividad mTOR y el metabolismo celular son modulados como parte de la RDA, los mecanismos por los cuales el mTOR puede ser controlado por la vitamina D para suprimir el cáncer son de importancia molecular y clínica.

Fuente: Vishlaghi N, Lisse TS (2020). Exploring vitamin D signalling within skin cancer. Clinical Endocrinology 92: 273-281.

Cooperación metabólica en el folículo ovárico

Los oocitos humanos se desarrollan en los folículos ováricos, rodeados por células granulosas (CG). El desarrollo coordinado de todos los tipos de células de un folículo es crucial para la posibilidad de ovular un huevo fértil y por consiguiente para la reproducción normal o asistida. Los detalles de la interacción  metabólica con las rutas de señalización son útiles para la prevención y tratamiento de la infertilidad y para el mejoramiento de  los métodos de reproducción asistida. Las CG crean una clase de barrera protectora y una plataforma de comunicación entre el oocito y el microambiente extra-ovárico. Ellas proporcionan nutrientes y moléculas de señalización para el oocito y juegan un rol esencial durante la penetración del espermatozoide. Estos hechos hacen a las CG atractivas para la investigación porque el conocimiento de su función esencial en la reproducción y su metabolismo pueden proporcionar un mejor entendimiento sobre cómo las CG protegen al oocito durante la maduración y cómo contribuyen al desarrollo normal de un embrión humano.

   Los folículos ováricos primordiales están presentes en el nacimiento como una reserva de oocitos primarios para la vida reproductiva de la mujer. Los oocitos, en el estadio de folículo primordial, se encuentran en la profase de la primera división meiótica y rodeados por una capa simple de CG escamosas. La maduración de los folículos ováricos (foliculogénesis) continúa con el desarrollo de los folículos primordiales primarios en folículos secundarios antrales grandes. Los folículos comienzan como sacos esferoidales llenos con líquido folicular y conteniendo oocitos. Los oocitos en los folículos primarios preantrales  están rodeados por una capa simple de células cuboidales llamadas CG preantrales. Los folículos primarios gradualmente se desarrollan en folículos secundarios formando el antro mientas al mismo tiempo los oocitos crecen en tamaño. Durante este proceso, las CG incrementan su actividad mitótica. Ellas se dividen en dos poblaciones: (1) células granulosas murales (CGM) que forman la pared del antro y (2) la población de células granulosas del cúmulus (CGC) que rodean al oocito.

   En humanos, cuando un folículo alcanza el tamaño de folículo de De Graaf y el oocito alcanza aproximadamente  100 µm de diámetro, se inicia la ovulación después de un pico pre-ovulatorio de hormona luteinizante (LH). Los oocitos se detienen en la segunda metafase meiótica. La ovulación es coordinada por procesos fisiológicos y bioquímicos con una participación activa de las CG. Unas pocas horas antes de la ovulación, el complejo cúmulus-oocito inicia la síntesis y ensamblaje de una matriz extracelular altamente viscosa y rica en proteínas y proteoglucanos como hialuronano, un glucosaminoglucano no sulfatado importante para la penetración del espermatozoide. Su principal componente es el  ácido hialurónico,  un gran glucosaminoglucano polianiónico grande, sintetizado por CGM y CGC y responsable de la expansión del cúmulus ooforus. El oocito  es expulsado por el folículo de De Graaf y luego fertilizado por un espermatozoide en el oviducto. No solo el oocito maduro sino también las células del cúmulus que lo rodean secretan quimioatrayentes de espermatozoides, a los cual son sensibles  los espermatozoides  humanos. Un ejemplo es la progesterona, la cual actúa como quimioatrayente de espermatozoide en concentraciones picomolares.  

   La maduración del oocito es un proceso corto y dinámico, el cual ocurre con una maduración sincrónica del núcleo y el citoplasma y muchos cambios bioquímicos. Durante la transición de folículo primario a folículo secundario maduro, regulada hormonalmente, el oocito tiene un incremento en su síntesis de ARN y acumulación de ARN y proteínas. La primera división meiótica incluye la formación del huso de metafase I y su migración a la corteza de una manera dependiente de actina con la posterior expulsión del cuerpo polar. Una dramática reorganización del sistema endomembranoso ocurre: el complejo de Golgi experimenta una sustancial reorganización entre el estadio de vesícula germinal (VG) y el estadio metafase II (MII). Durante la maduración del oocito también ocurre una reorganización del retículo endoplásmico (RE) incluyendo una remodelación del RE en los característicos “clusters” corticales. Este proceso está entre las modificaciones esenciales en el ooplasma previas a la fertilización.

   Las CG juegan un rol crucial en el soporte ambiental de los oocitos maduros. Un estudio in vitro reciente demuestra una mejor maduración de los oocitos humanos cuando son co-cultivados con  CG aisladas de oocitos maduros. En los oocitos en crecimiento hay una configuración de cromatina descondensada (nucléolos no rodeados, NNR), mientras en un oocito con crecimiento completo, antes de la maduración del oocito, la actividad transcripcional cesa y la cromatina en la VG rodea al nucléolo (nucléolo rodeado (NR) y progresivamente se vuelve condensado. Durante este período de quiescencia transcripcional las CG proporcionan nutrientes y moléculas de señalización reguladoras al oocito, y  contribuyen a la maduración nuclear y citoplasmática del oocito. Los metabolitos de glucosa (por ejemplo, piruvato), lípidos, nucleótidos y colesterol proporcionados por las CG son importantes para la transición de profase-I a vesícula germinal degradada (VGD) para pasar a metafase-I y progresar a través  de anafase-I/telofase-I a MII.

   Hay una fuerte evidencia que durante la maduración del oocito las CG secretan factores importantes al medio para el desarrollo del oocito.  Los investigadores han detectado 369  compuestos bioquímicos diferentes en las CG de los cuales 173 han sido detectados en el medio de maduración. Significativos cambios han sido descritos en el medio de maduración y las CG durante la maduración,  la mayoría de ellos relacionados con el metabolismo de aminoácidos, carbohidratos y lípidos.  En las CG se han descrito  incrementos de muchos aminoácidos (especialmente glutamina, leucina e isoleucina durante las primeras ocho horas), UDP-glucosa y UDP-galactosa (especialmente en las primeras ocho horas), lactato y piruvato (durante las 15 horas finales) y esfingomielina, glicerofosforilcolina y N-palmitoil-esfinganina. Por el contrario, se ha detectado en las CG una disminución de los niveles de betaína, taurina y oftalmate para intermediarios de rutas del metabolismo de carbohidratos (por ejemplo, fosfoenolíruvato y 3-fosfoglicerato) y para la mayoría de intermediarios en las rutas metabólicas de ácidos grasos/fosfolípidos (las más bajas para acetilcarnitina, octanoilcarnitina y carnitina). En el medio de maduración, los más importantes incrementos son para creatinina, varios aminoácidos (incluyendo hipotaurina y ornitina), urea, lactato, manitol/sorbitol, ribitol, piruvato, y para colinafosfato, mio-inositol, glicerol y carnitina.

   La interconexión comunicativa y la cooperación metabólica entre el oocito y las células del cúmulus consisten en interacciones mediadas por factores paracrinos y por uniones “gap” a través de conexina 37. Hay uniones gap homologas entre las CG y uniones heterólogas entre las CG y el oocito. Pequeñas moléculas se mueven directamente  a través de las uniones gap entre las células permitiendo el desarrollo de un acoplamiento metabólico. Un amplio  espectro de nutrientes, incluyendo sustratos energéticos, nucleótidos y aminoácidos son tomados por el oocito. Los canales de las uniones gap también tienen funciones de señalización, ellos facilitan el intercambio de compuestos de bajo peso molecular como el cAMP a través de la membrana plasmática entre el oocito y las CG y entre las mismas CG. Hay una clara evidencia en la literatura que el cAMP y otros derivados de purinas juegan un rol crucial en el mantenimiento del oocito detenido en profase de la meiosis I. El desamblaje de  uniones gap entre las CGM y las CGC resulta en un reducido aporte de sustancias al oocito provocando la ocurrencia de VGD.

   La interacción reguladora entre las CG y el oocito es bidireccional. Los oocitos humanos expresan y secretan factores que regulan la función de las CGM y las CGC, concretamente factor de crecimiento-diferenciación 9 (GDF-9) y factor de crecimiento-diferenciación 9B= proteína morfogenética de hueso 15 (BMP-15). Estas moléculas activan rutas de señalización importantes para la diferenciación de CGC. Las CGC separadas del oocito son incapaces de sintetizar ácido hialurónico y por tanto fallan en experimentar la expansión. La síntesis de ácido hialurónico por las CGC es estimulada por la hormona  estimulante del folículo (FSH).

   El crecimiento y desarrollo del oocito dependen significativamente de las interconexiones con las CG que proporcionan los sustratos energéticos a través de las uniones gap. Los dos tipos de células muestran preferencias diferentes por los sustratos energéticos para producir ATP. Las CG dependen más de la glucólisis, mientras los oocitos dependen de la fosforilación oxidativa mitocondrial. La proliferación de CG depende de la regulación al alza de la ruta factor inducido por hipoxia-1α (HIF1α)- factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF)-Akt y la activación de la glucólisis. La importancia de la interconexión mutua de estas células es enfatizada por el hecho que las CG proporcionan al oocito intermediarios producidos en la ruta glucolítica (por ejemplo, piruvato y lactato). Varios estudios demuestran que el número de CG que rodean al oocito juegan un rol importante (y positivo) en su estatus energético (nivel de ATP). Las mitocondrias son esenciales para el desarrollo normal y la viabilidad de los oocitos, un número bajo está asociado con un significativo impacto negativo.

   El envejecimiento tiene un efecto bien descrito sobre la cantidad y la calidad mitocondriales. La calidad del oocito disminuye con la edad materna y el deterioro mitocondrial asociado con la edad está relacionado con esta disminución de la calidad del oocito. Varios estudios describen una reducción en el número de copias de ADN mitocondrial, disminución en el contenido de ATP e incremento en los niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS) en oocitos de varias especies animales. Más aún, los altos niveles de ROS y SIRT1 (silent mating type information regulation 2 homolog 1) en oocitos de bovino envejecida restringen la adecuada activación del sistema de control de calidad mitocondrial y pueden causar disminución de la calidad del oocito asociada con la edad.

   Una apropiada coordinación de los procesos metabólicos es crucial para la correcta maduración de los oocitos. Los niveles de ATP y la expresión de genes de proteínas claves de la cadena transportadora de electrones (CTE) fluctúan durante el proceso de maduración en los oocitos, con niveles altos de ATP en los  estadios VGD y MII temprana.  Las uniones gap entre CGC y oocito están abiertas en el comienzo de la maduración del oocito, mientras en los estadios más tardíos se cierran reduciendo la importancia de las interconexiones mutuas y el paso de sustratos al oocito. La expresión de genes asociados con la glucólisis en las CG y genes asociados con la CTE en los oocitos aumenta durante los estadios finales de la maduración. Estos hallazgos explican porque la disfunción mitocondrial afecta diferencialmente el contenido de ATP en los oocitos dependiendo del estadio de su maduración.

   El oxígeno es el nutriente más importante y esencial para el crecimiento celular y el metabolismo energético, y el número de CG y su metabolismo determinan la concentración de oxígeno folicular. Los niveles de oxígeno en el líquido folicular humano aumentan rápidamente durante los estadios antrales tempranos del crecimiento folicular, luego disminuyen a niveles bajos en las fases antral tardía y pre-ovulatoria. La hipoxia activa la glucólisis y el análisis de genes revela que los genes asociados con el HIF-1α son regulados al alza en las CG durante el desarrollo normal del folículo. El HIF-1α es el  regulador clave de la glucólisis y la fosforilación oxidativa  en CG y oocitos.

   Las mitocondrias de las células germinales femeninas experimentan cambios importantes durante la oogénesis, maduración y fertilización. Ellas muestran dinámicos cambios morfológicos a medida que aumentan en número y al mismo tiempo desarrollan complejas relaciones con otros organelos celulares (por ejemplo, retículo endoplásmico liso y vesículas) de acuerdo con las necesidades metabólicas y energéticas de la célula. El principal rol de las mitocondrias es proporcionar moléculas de ATP a través del metabolismo de carbohidratos y lípidos presentes en el citoplasma celular y el medio. El embrión genera una gran cantidad de lactato durante cultivos in vitro con una intensidad muy baja de oxidación de glucosa, solamente 10%  de la utilización total de glucosa. Estos datos pueden indicar que la actividad metabólica mitocondrial es baja durante el desarrollo temprano del embrión, un metabolismo restringido a la utilización de glucosa vía glucólisis, o una competencia por otros sustratos oxidables (glutamina, piruvato) presentes en el medio de cultivo.

   La glucosa es tomada por las CG a través de transportadores GLUT y convertida en piruvato, el cual puede ser transferido directamente al oocito a través  de las uniones gap, o secretado por las CG en el  medio que rodea al oocito. Las observaciones demuestran que la maduración del oocito es posible en un medio que contiene glucosa pero solamente en presencia de CG que producen piruvato u oxaloacetato. Por otra parte, hay estudios que describen la presencia en el oocito de hexoquinasa, glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, enzimas de la ruta de pentosas fosfato, así como también transportadores GLUT, lo cual sugiere un posible papel del metabolismo de la glucosa en algunas funciones del oocito. El piruvato transferido por las CG y los ácidos grasos son las fuentes más importantes de sustratos para la producción de ATP en las mitocondrias del oocito en maduración. Los oocitos son ricos en transportadores de ácido monocarboxílico (MCT) que son capaces de transportar lactato.

   Los lípidos son importantes en términos de producción de energía durante la maduración del oocito y el establecimiento de un oocito competente. En las CG se han encontrado gotas de lípidos y la β-oxidación es predominante en ellas. La oxidación de ácidos grasos en las CG aumenta en el complejo cúmulus-oocito. In vitro, la suplemetacion del medio de maduración con ácido palmítico y ácido esteárico resulta en un efecto perjudicial sobre la maduración del oocito.

   Los tipos básicos de inhibidores/moduladores mitocondriales (desacoplador CCCP, antimicina A inhibidor del complejo III y oligomicina inhibidor de la sintetasa de ATP) tienen efectos negativos profundos sobre la producción de ATP del oocito, mientras el ácido bromopirúvico (AB) inhibidor de la glucólisis no tiene efecto negativo. Las CG muestran un resultado opuesto: el AB reduce el contenido de ATP, mientras los inhibidores mitocondriales no lo cambian. El complejo cúmulus-oocito tratado con CCCP o 18α-ácido glicirretínico (18AG) inhibidor de uniones gap, muestra una reducción de ATP en el oocito, donde el 18AG causa solo una leve reducción. Un alto número de CG es capaz de mitigar parcialmente el efecto negativo del CCCP sobre la producción de ATP en el oocito y un co-tratamiento con 18AG es capaz de abolir el efecto. Estos resultados sugieren que el oocito depende primariamente de la producción de ATP vía CTE, mientras las CG dependen principalmente de la glucólisis. Una disfunción mitocondrial, por tanto, solamente afecta el estatus energético del oocito, permitiendo a las CG actuar como un proveedor de ATP para el oocito (vía uniones gap). Entonces, el oocito depende de la autoproducción de ATP a través de las mitocondrias y del ATP proporcionado por las CG. Por otra parte, la oligomicina, inhibidor de la ATP sintetasa, causa una significativa disminución de ATP en el oocito, mientras el inhibidor de la glucólisis ácido yodoacético (inhibe a la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa),  no causa ninguna disminución.

   El rol de las ROS en los procesos fisiológicos y patológicos del cuerpo humano es bien conocido, junto con los antioxidantes juegan un rol importante en la regulación de los procesos reproductivos y la fertilidad en humanos. El desbalance oxidante/antioxidante está involucrado en el desarrollo de enfermedades reproductivas de la mujer, incluyendo síndrome de ovarios poliquisticos, endometriosis y preeclampsia. Los defectos de la CTE mitocondrial causan severas deficiencias de ATP e incrementan la generación de ROS. La sobre producción de ROS provoca, entre otras cosas, daño del ADN mitocondrial con severas consecuencias sobre la función mitocondrial. La endometriosis es un ejemplo ilustrativo de una enfermedad cuya patogénesis involucra una sobre producción de ROS. Las pacientes con endometriosis muestran  un  líquido folicular que contiene ROS, así como daños en el ADN nuclear en el oocito. La enfermedad puede resultar en disfunción mitocondrial en las CG y causar estrés oxidativo y apoptosis. Como consecuencia las CG de las mujeres con endometriosis tienen una menor producción de ATP y una reducida capacidad para proteger al oocito con un impacto negativo para la fertilidad de las pacientes. Sin embargo, las CG tienen un significativo rol protector contra el daño oxidativo causado por las ROS. Ellas tienen capacidad para proteger al oocito contra niveles bajos de H₂O₂ y *OH. El aumento de la concentración de H₂O₂  afecta dramáticamente el número de CG y esta reducción en la capacidad antioxidante hace al oocito más susceptible al daño oxidativo. 

   Las CG sintetizan glutatión (GSH), una molécula antioxidante, que protege las células del daño oxidativo y apoya el mantenimiento de la homeostasis redox. El GSH es un tripéptido tiol que se encuentra en las células de los mamíferos, donde juega roles importantes en el metabolismo redox, la destoxificación de xenobióticos y el transporte de aminoácidos. Está demostrado que el GSH es un importante factor citoplasmático del oocito. La modulación de los niveles de GSH durante la maduración del oocito y la fertilización es crucial para la descondensación de la cromatina del espermatozoide y la formación del pronúcleo masculino después de la penetración del espermatozoide en algunas especies animales. Cuando comienza la maduración del oocito aumenta el contenido de GSH en las CG. Sin embargo, la protección del oocito contra el efecto perjudicial de las ROS proporcionada por las CG tiene algunas limitaciones. Las bajas concentraciones de H₂O₂ y *OH pueden ser efectivamente destoxificados, mientras los efectos de altas concentraciones de estas u otras ROS como HCIO no pueden ser prevenidos.

El cuerpo humano está expuesto a una variedad de contaminantes ambientales (por ejemplo, contaminación del aire, aditivos en los alimentos, toxinas y radiaciones) que provocan genotoxicidad. Estos factores inducen daño a diferentes niveles, incluyendo ADN del oocito o en las CG. El líquido folicular, el más importante ambiente para un desarrollo adecuado del oocito, es también afectado negativamente por estos factores. Con el incremento del cáncer en los últimos años y el correspondiente incremento en el uso de terapia no quirúrgica (quimioterapia y radioterapia), el riesgo de insuficiencia ovárica por estos tratamientos es un problema altamente relevante. Las células en crecimiento de folículos maduros e inmaduros son el blanco inicial de una exposición de larga duración a agentes quimioterapéuticos. La muerte de células granulosas es detectable pocas horas después de la radiación. Las toxinas ambientales conocidas como disruptores endocrinos, (por ejemplo,  bisfenol A (BPA), un componente del plástico presente en el agua, el aire y los alimentos), disminuyen la viabilidad de las CG e induce su apoptosis. Asimismo, el bisfenol S (BPS) causa una insuficiencia en la formación de microtúbulos y disrupción de  la expansión de las células del cúmulus. Estos hechos tienen un impacto significativo sobre la calidad de los oocitos y por consiguiente en la reproducción humana.

   En conclusión, el crecimiento de los folículos ováricos y el desarrollo y maduración de los oocitos son altamente dependientes de –y son regulados por-  un acoplamiento metabólico y de señalización entre oocitos y CG. La comunicación bidireccional es mediada por un amplio espectro de moléculas de señalización. Esta interconexión coordinada es crucial para el manejo de sustratos energéticos, componentes estructurales y iones para el oocito maduro a través de uniones gap. Las CG y los oocitos tienen diferentes preferencias por los sustratos energéticos, las CG son más glucolíticas, mientras los oocitos dependen más de la ruta de la fosforilación oxidativa. Al mismo tiempo, los oocitos reciben intermediarios producidos en la glucólisis por las CG. El número de CG que rodean al oocito y su edad afectan el estatus energético del oocito. Los factores ambientales, la predisposición genética y algunos métodos terapéuticos pueden interrumpir estos procesos provocando cambios de los perfiles metabólicos y de señalización en las células que disminuyen la calidad de los oocitos, el desarrollo de enfermedades del tracto reproductivo femenino y una menor fertilidad.

Fuente: Fontana J et al (2020). Metabolic cooperation in the ovarian follicle. Physiological Research 69: 33-48.

Células estrelladas, RAS y fibrosis  en  islotes pancreáticos

La diabetes mellitus tipo 2 (DMT2) es una enfermedad metabólica heterogénea que exhibe hiperglucemia, resistencia a la insulina y disfunción de las células β de los islotes pancreáticos. En décadas pasadas, se consideraba a la resistencia a la insulina la principal contribuyente a la DMT2 y la disminución de la secreción de insulina era considerada como una manifestación tardía en el curso de la enfermedad. Sin embargo, hay abundante evidencia que los individuos con DMT2 tienen una significativa disminución de la función de las células β y una pérdida de 30-40% de la masa de células β, aun en la fase de diagnóstico  de la enfermedad. Actualmente, se reconoce que la descompensación de células β para incrementar la secreción de insulina, como la resistencia a la insulina, provoca hiperglucemia, indicando que la disfunción de células β es crítica para el desarrollo de la DMT2. Más aún, como la disfunción de células β avanza con el tiempo, debe ser considerada como un determinante significativo de la tasa de progresión de DMT2.

   La evidencia reciente sugiere que hay diferencias étnicas en las características fisiopatológicas de   la DMT2. Los asiáticos, en comparación con los caucásicos,  típicamente tienen niveles bajos de obesidad, pero un incremento en  la liberación de insulina significativamente más reducido en respuesta a la resistencia a la insulina.  Combinando estos hallazgos, es recomendable  enfatizar en la preservación de la masa y función de células β para prevenir el desarrollo y progresión de la DMT2, especialmente en asiáticos.

   Las causas de pérdida de la masa y función de células β son numerosas. La glucolipotoxicidad, la inflamación crónica, el estrés de retículo endoplásmico, el estrés oxidativo, los depósitos de amiloide y las modificaciones epigenéticas han sido relacionados con el inicio y el progreso del daño y pérdida de células β. También, hay evidencia que la desorganización de los islotes pancreáticos a través de fibrosis progresiva puede ser un mecanismo importante en la disfunción y pérdida de células β. La fibrosis es un proceso patogénico bien conocido  que resulta en la pérdida progresiva de la estructura y función de los órganos afectados. La fibrosis progresiva y la posterior pérdida de tejido funcional (reemplazado por tejido conectivo rico que contiene amilina y rico en matriz extracelular (MEC)) están bien demostradas en la patogénesis de la pancreatitis crónica y el adenocarcinoma ductal pancreático. En este proceso de fibrogénesis pancreática, las células estrelladas pancreáticas  (CEP) han sido identificadas como una fuente importante de proteínas de la MEC.

   Además de la fibrosis pancreática exocrina, la fibrosis de islotes pancreáticos ha sido identificada en modelos animales e individuos con diabetes. En la diabetes, la fibrosis está más restringida a los islotes pancreáticos en comparación con la fibrosis de tejido pancreático exocrino en la pancreatitis crónica, lo cual sugiere que la fibrosis de los islotes en la diabetes está relacionada con rutas activadoras que son diferentes de las de la enfermedad pancreática exocrina. La investigación reciente demuestra que la activación de  CEP juega un rol un rol crucial en el proceso de fibrosis de los islotes a través de la ruta de señalización angiotensina II (Ang II). Sin embargo, el mecanismo exacto de la fibrogénesis en los islotes y el rol de las CEP en este proceso han sido poco estudiados, a pesar de su importancia.

   La diabetes representa una epidemia global cuya incidencia aumenta cada día, y por tanto se deben hacer esfuerzos a nivel mundial para prevenir o retardar el inicio de la DMT2. Las dos principales estrategias son modificaciones en el estilo de vida e intervenciones farmacológicas. La mayor parte de la evidencia farmacológica deriva del uso de drogas antidiabéticas como metformina, tiazolidinedionas, inhibidores de α-glucosilasa y agonistas del receptor de péptido similar a glucagón-1 (GLP-1); o drogas anti-obesidad, como orlistat. Otra potencial estrategia farmacológica es el uso de bloqueadores del sistema renina-angiotensina (RAS), los cuales son drogas antihipertensivas. Aunque otras drogas antihipertensivas, como diuréticos y bloqueadores β-adrenérgicos, tienen efectos adversos sobre la resistencia a la insulina y la tolerancia a la glucosa, los bloqueadores del RAS han demostrado resultados favorables para prevenir el inicio de la diabetes en numerosos estudios clínicos en individuos con hipertensión u otros factores de riesgo cardiovascular. Por ejemplo, en el Captopril Prevention Project, un estudio que comparó al captopril, un inhibidor de la enzima convertasa de angiotensina (ACEI),  con agentes antihipertensivos convencionales (diuréticos y β-bloqueadores). La incidencia de diabetes fue menor en el grupo captopril que en el grupo con tratamiento convencional (riesgo relativo 0,86, 95% intervalo de confidencia (CI) 0,74-0,99; p = 0,039). Resultados similares se han observado en otros estudios.

   Además de la evidencia clínica, hay abundante evidencia in vitro e in vivo que demuestra claramente los efectos adversos de la activación del RAS sobre la secreción y sensibilidad de insulina, y también la posibilidad de revertir estos efectos a través del bloqueo del RAS. En un estudio con ratones db/db, la regulación al alza del receptor de Ang tipo 1 (AT1R) en los islotes pancreáticos se acompañó  con efectos perjudiciales sobre la secreción de insulina y la biosíntesis de proinsulina. E roedores, la exposición de islotes aislados a Ang II reduce la inhibición dosis-dependiente de la secreción de insulina estimulada por glucosa. Esta acción inhibidora fue inhibida completamente por el pretratamiento con losartán. En humanos, un tratamiento de tres meses con candesartan, un bloqueador del receptor de Ang (ARB), incrementó la primera fase de la secreción de insulina durante la prueba de tolerancia oral a la glucosa.  Aunque abundante evidencia acumulada, el mecanismo molecular preciso por el cual la inhibición del RAS afecta la patogénesis de la diabetes aún no ha sido dilucidado.

   Una variedad de potenciales mecanismos ha sido propuesta para explicar los efectos preventivos y de retardo  de la diabetes de la inhibición del RAS. Estos incluyen cambios fisiológicos que pueden mejorar la sensibilidad y secreción de insulina, y también efectos directos o cambios en la morfología de los islotes. (1) La vasodilatación mediada por la inhibición del RAS puede facilitar la secreción  y acción de la insulina  a través de la mejoría del flujo sanguíneo pancreático y muscular. Tanto los ACEI como los ARB aumentan el flujo sanguíneo en tejidos periféricos, como músculo esquelético, y este cambio puede mejorar la sensibilidad a la insulina y facilitar la disponibilidad de glucosa. (2) La inhibición del RAS puede afectar directamente la señal insulina y mejorar la sensibilidad a la insulina en músculo esquelético. Las alteraciones post-receptor en la señal insulina en la DMT2 han sido demostradas, incluyendo anomalías en la señal fosfatidilinositol-3 quinasa-proteína quinasa B. Hay evidencia que la Ang II agrava estas anormalidades. Por tanto, la inhibición del RAS puede tener un efecto directo sobre la señal insulina y la regulación de los transportadores de glucosa. (3) La inhibición del RAS podría mejorar la señal y la sensibilidad a la insulina reduciendo los niveles de ácidos grasos libres a través de la inhibición del estrés oxidativo mediado por Ang II. Dado que la Ang II activa a la nicotinamida adenina dinucleotido fosfato (NADP) oxidasa, una fuente de especies reactivas de oxígeno (ROS), el incremento en la actividad del RAS en las células β puede agravar la disfunción y apoptosis inducidas por estrés oxidativo en las células β. Los ARB atenúan el estrés oxidativo inducido por ácidos grasos y la actividad de NADP oxidasa en las células β pancreáticas. Adicionalmente, un subgrupo de bloqueadores del AT1R inducen la actividad del receptor activado por proliferador de peroxisoma-γ (PPAR-γ) por interacción con el dominio de unión del ligado, lo cual puede mejorar la sensibilidad a la insulina. Por otra parte, la Ang II  promueve la deposición de lípidos en el tejido adiposo a través  de inhibición de la lipólisis y la promoción de la lipogénesis; y también incrementa la secreción de citoquinas pro-inflamatorias derivadas de tejido adiposo. Por tanto, la inhibición del RAS aliviar selectivamente la resistencia a la insulina en el tejido adiposo.

   Muchos estudios que explican la participación del RAS en la modulación de la homeostasis de la glucosa tienen como elemento principal  la sensibilidad a la insulina, pero recientemente ha recibido mucha atención la posibilidad que el RAS tenga una influencia directa en la fibrosis de los islotes pancreáticos. Hay evidencia de la presencia de receptores de Ang II en la superficie de las células β de los islotes pancreáticos en ratas y humanos. Entonces, los bloqueadores del RAS pueden tener una influencia directa sobre los islotes pancreáticos, eventualmente conservando la masa y función de células β. Aunque restaurar la sensibilidad a la insulina es esencial, este mecanismo por sí mismo no podría explicar completamente los hallazgos del incremento de la secreción de insulina después de la administración de bloqueadores del RAS. 

   El RAS es bien conocido por su función clásica en la regulación sistémica de la presión arterial, la retención de líquido y el balance de electrolitos a través de su acción sobre las células de  músculo liso vascular y la secreción de aldosterona. En la cascada de señalización del RAS, la Ang II es el principal péptido efector, y actúa sobre todo activando al  AT1R. La Ang II también actúa como un factor de crecimiento que promueve el crecimiento celular y la inflamación tisular, por lo cual juega un rol importante en la disfunción y fibrosis asociadas con enfermedad en varios órganos. Por ejemplo, está demostrado que la inhibición del RAS, con ACEI o ARB, puede retardar la progresión de la nefropatía diabética y prevenir la fibrosis renal. También, la inhibición del RAS reduce la disfunción endotelial y la ateroesclerosis   mediante la supresión de la inflamación, la fibrosis y el estrés oxidativo. Como ocurre con otros órganos dañados,  se han observado algunos cambios fibróticos destructivos en los islotes pancreáticos en modelos animales y pacientes con DMT2 y se  ha propuesto que el RAS local puede ser el principal contribuyente de este fenómeno. Hay abundante evidencia que la sobre activación  del RAS local también existe  en el páncreas como en otros órganos, incluyendo cerebro, corazón, riñón, glándulas adrenales, tejido adiposo y músculo esquelético.

   En los islotes pancreáticos, el incremento en la expresión de los componentes del RAS se correlaciona con aumento de la fibrosis intra-islote, apoptosis y estrés oxidativo. El bloqueo del RAS reduce significativamente la fibrogénesis de los islotes y mejora la arquitectura de los islotes. Estos efectos están asociados con la atenuación de la expresión de factor de crecimiento transformante-β (TFG-β) y rutas pro-fibrosis. El mejoramiento en los parámetros estructurales está asociado con una mejoría significativa de la primera fase de la secreción de insulina. Entonces, los bloqueadores del RAS parecen tener un efecto directo sobre las células de los islotes pancreáticos, incluyendo la prevención de la fibrosis de los islotes y el mantenimiento de la arquitectura celular, lo cual en última instancia conserva la masa y función de células β, ejerciendo por tanto una acción beneficiosa sobre la tolerancia a la glucosa. Entonces, la reducción de la fibrosis de los islotes pancreáticos es un importante mecanismo que subyace a los efectos protectores a largo plazo de los bloqueadores del RAS sobre el desarrollo y la progresión de la diabetes.

   Las CEP fueron identificadas por presentar características similares con las células estrelladas hepáticas. Las CEP constituyen solo el 4% del total de células pancreáticas, pero son esenciales para el mantenimiento de la arquitectura pancreática normal regulando el recambio de MEC. Las CEP quiescentes se caracterizan por la presencia de gotas de grasa intracelulares, desmina y proteína acídica fibrilar glial, pero con ausencia de actina de músculo liso-α (α-SMA). Cuando son activadas, las CEP son transformadas en un fenotipo similar a miofibroblastos que se caracteriza por la desaparición de las gotas de grasa intracelulares y la expresión de α-SMA. La expresión de proteína acídica fibrilar glial es específica de las CEP y la presencia de gotas de lípido en el citoplasma define el fenotipo de las CEP quiescentes. Por el contrario, la expresión de α-SMA representa la transdiferenciación de las CEP quiescentes a un fenotipo activado, por lo que  es usada como un marcador de la activación de CEP. Las CEP activadas producen abundante colágeno y otras proteínas de la MEC, como fibronectina, y mantienen su fenotipo activado a través de un asa autocrina que involucra diferentes citoquinas.

   La proliferación de CEP aumenta significativamente con concentraciones altas de glucosa de una manera dosis-dependiente. En respuesta a las altas concentraciones de glucosa, son reguladas al alza la expresión de AT1R, angiotensinógeno y mARN de ACE, pero no se observan cambios en el nivel del receptor tipo 2 de Ang. La expresión de TGF-β es regulada al alza por el incremento en los niveles de Ang II y la expresión de AT1R estimulados por las altas concentraciones de glucosa. Adicionalmente, la expresión de factor de crecimiento de tejido conectivo (CTGF) y proteína colágeno tipo IV incrementa marcadamente y esta elevación es atenuada por candesartan y ramipril (un ACEI). Entonces, la Ang II inducida por los altos niveles de glucosa puede estimular la síntesis de TGF-β, lo cual provoca la síntesis de proteínas de la MEC. Estos resultados sugieren que el RAS tiene un impacto directo sobre la proliferación de CEP. Los ACEI  o los ARB pueden ser efectivos en la prevención o atenuación de la fibrosis de los islotes pancreáticos en individuos hiperglucémicos suprimiendo directamente las CEP.

   El ambiente hiperglucémico puede influir en todo el páncreas, pero la activación de CEP y la fibrosis están limitadas a los islotes en ratas. Por lo tanto, es necesario determinar por qué  la fibrosis está restringida a los islotes en  individuos con diabetes y modelos animales de diabetes aunque todo el tejido pancreático se encuentre expuesto a la  hiperglucemia. Una posible explicación es que las CEP en los islotes pueden estar expuestos  no solo a la hiperglucemia, sino también a la hiperinsulinemia local. Es bien conocido que la insulina es un factor de crecimiento para varias células en el cuerpo y es secretada continuamente en los capilares de los islotes pancreáticos en una concentración relativamente alta. En los islotes pancreáticos, las CEP pueden estar predispuestas a activación y proliferación bajo la influencia de la hiperinsulinemia. Adicionalmente, hay evidencia que las células estrelladas hepáticas, funcionalmente similares a las CEP, son altamente sensibles a la insulina y al factor de crecimiento similar a insulina-1 (IGF-1), resultando en mitogénesis y síntesis de colágeno. Un estudio reciente demuestra que tanto la glucosa como  la insulina promueven la proliferación de CEP y la fosforilación de la quinasa activada por señal extracelular (ERK) 1/2. El bloqueo de la señal ERK con U0126, un inhibidor de la proteína quinasa activada por mitogeno (MAPK),   inhibe la fosforilación de ERK ½ y la proliferación de CEP inducidas por insulina. Por otra parte, la fosforilación de ERK ½ inducida independientemente por la glucosa y la  insulina estimula la expresión de CTGF y TGF-β. Estos eventos de activación incrementan la formación de colágeno y fibronectina e inducen la proliferación celular. Entonces, la hiperglucemia y la hiperinsulinemia son dos factores mitogénicos cruciales que inducen la activación y proliferación de CEP, proporcionando una posible explicación para la fibrosis de los islotes pancreáticos en la DMT2.

   Además de los bloqueadores del RAS, se han propuesto otros compuestos para prevenir la fibrosis de los islotes pancreáticos. El análogo de GLP-1 exendin 4 ha demostrado mejorar la función de las células β regulando al alza genes claves involucrados en la secreción de insulina. Adicionalmente, el exendin 4 reduce significativamente la producción de Ang II y TGF-β a través de la inhibición de la formación de ROS. Estos efectos inhibidores del exendin 4 se relacionan principalmente con la activación de la ruta de señalización cAMP-proteína quinasa A (PKA). Estos datos sugieren que los análogos de GLP-1 pueden ser útiles no solo como agentes anti-diabéticos sino también como anti-fibróticos en   el tratamiento de la DMT2.

   Los inhibidores del co-transportados sodio-gluosa-2 (SGLT2), los nuevos agentes hipoglucémicos orales, funcionan de una manera independiente de insulina, y disminuyen los niveles sanguíneos de glucosa aumentando la excreción urinaria de glucosa. El SGLT2 está presente principalmente en el segmento S1 de los túbulos proximales renales y llevan a cabo aproximadamente el 90% de la reabsorción renal de glucosa. La expresión de SGLT2 en los riñones aumenta bajo condiciones diabéticas. Un estudio reciente reporta que el inhibidor de SGLT2, dapagliflozin, suprime la expresión de componentes del RAS renal y la fibrosis intersticial en ratas. La disminución de los niveles de glucosa por  el dapagliflozin atenúa la disminución de la función pancreática y la disrupción de la morfología normal de los islotes en ratas. Otro estudio demuestra que el luseogliflozin, también inhibidor del SGLT2, incrementa la masa de células β a través  del aumento de la proliferación celular y la disminución de la apoptosis. Adicionalmente, los niveles de expresión de genes relacionados con la fibrosis, como TGF-β, fibronectina, colágeno I y colágeno III disminuyen significativamente en los animales tratados con luseogliflozin. Estos hallazgos sugieren que los inhibidores de SGLT2 pueden proteger de la fibrosis a los islotes pancreáticos.

   Una posible relación entre agonistas del PPAR-γ y AT1R  ha sido sugerida por el hallazgo que la activación del PPAR-γ disminuye la expresión y actividad del promotor de AT1R. Por otra parte, el troglitazone, agonista del PPAR-γ, ha demostrado que inhibe la actividad pro-fibrosis de las CEP.

   Otro posible agente terapéutico anti-fibrosis es el resveratrol, un compuesto polifenólico natural. En un estudio con ratones db/db el tratamiento con resveratrol mejoró la tolerancia a la glucosa, atenuó el estrés oxidativo inducido por altos niveles de glucosa, disminuyó la producción de ROS y la fibrosis de los islotes pancreáticos.  Los antioxidantes, taurina y tempol, también pueden ser posibles agentes con efectos anti-fibrosis. Ellos disminuyen la activación de CEP inducida por altos niveles de glucosa y la fibrosis de los islotes pancreáticos en ratas.

   Los inhibidores de la MAPK suprimen la fosforilación de  ERK ½ inducida por glucosa e insulina y la proliferación de CEP. Adicionalmente, el agente anti-fibrosis, pirfenidone, disminuye la expresión de α-SMA y la fibrosis de los islotes en páncreas de rata. Por otra parte, los roles del receptor de Ang tipo 2 y el eje ACE-Ang (1-7)- receptor MAS han sido investigados en ratones. En ratones alimentados con una dieta rica en grasas, el ACEI, enalapril, aumentó la remodelación de los islotes, normalizó la masa de células α y β y la función de las células β. Estos efectos se acompañaron con un incremento de la expresión de  ACE2 y receptor MAS, el cual tiene  efectos opuestos a las acciones de la Ang II mediadas por AT1R. Entonces, aumentar la ruta del receptor MAS puede ser una estrategia válida para contrarrestar la fibrosis de los islotes pancreáticos.

   En conclusión, diversos grados de fibrosis de los islotes pancreáticos se observan a menudo en pacientes con DMT2, lo cual puede estar asociado con una disminución en la masa y función de células β en estos pacientes. Las CEP están profundamente involucradas en esta fibrosis de los islotes. En este proceso, la activación del RAS en los islotes pancreáticos transforma las CEP quiescentes en la forma activa, estimula su proliferación y por consiguiente provoca la destrucción fibrótica  de los islotes. Los altos niveles de glucosa, insulina y Ang II, así como la liberación de citoquinas pro-inflamatorias inducen la activación de las CEP. Las CEP activadas causan  producción de MEC y  proliferación celular. Estos fenómenos parecen manejar la fibrosis de los islotes pancreáticos en los pacientes con DMT2. La reducción de la fibrosis de los islotes pancreáticos es un importante mecanismo de los efectos protectores de los bloqueadores del RAS sobre el desarrollo y la progresión de la diabetes.  

Fuente: Yang Y et al (2020). Pancreatic stellate cells in the islets as a novel target to preserve the pancreatic β-cells mass and function. Journal of Diabetes Investigation 11: 268-280.

Estrés de células tiroideas

El estrés celular es definido como procesos en una célula que son disparados por un cambio agudo o crónico de la homeostasis celular usual con el intento de proteger a la célula o el organismo. El estrés celular puede ser en la forma de estrés de retículo endoplásmico (ER), estrés mitocondrial, estrés oxidativo, o una combinación de estos tres tipos de estrés. La célula, en un organismo o in vitro, responde al estrés de varias maneras. El estrés menor puede ser necesario para la homeostasis celular, mientras que el estrés mayor puede provocar la activación de rutas celulares y metabólicas para la supervivencia celular y en casos extremos la destrucción celular a través de la inducción de rutas de señalización, provocando muerte celular programada o apoptosis y la posterior eliminación de las células dañadas. Este es un ejemplo biológico dosis-respuesta no monótona donde el estrés menor y el estrés mayor producen respuestas diferentes. Una respuesta inmediata de la célula a un estímulo estresante es ayudarse a sí misma a defenderse contra –y recuperarse de- el daño. Si la señal peligrosa es muy grande para ser resuelta en la respuesta inmediata, las células autoactivan rutas  que provocan la muerte celular. Hay diferentes tipos de estrés celular y la respuesta de una célula para enfrentar esta condición depende del tipo de célula, el nivel del daño y el ambiente en que reside la célula. Entonces, el estrés celular como fenómeno biológico es un proceso celular altamente coordinado y espacio-temporalmente regulado.

   Las respuestas protectoras como la respuesta al shock térmico o la respuesta de proteínas no plegadas median un incremento en la actividad de proteínas chaperonas en el ER, lo cual aumenta la capacidad de plegamiento de proteínas de la célula. Esto contrarresta el estrés debido al mal plegamiento de proteínas y promueve la supervivencia celular.  Entonces, es  la capacidad adaptativa la que última instancia determina su destino. Por tanto, dependiendo del nivel y el tipo de estrés, diferentes mecanismos y estrategias de supervivencia son utilizados por las células.

   Los mecanismos que subyacen la muerte celular  dependen de la capacidad de la célula para responder o sucumbir a las condiciones a las cuales es expuesta e incluyen: (1) apoptosis, es una forma de muerte celular programada que ocurre en organismos multicelulares. (2) Necrosis, es una forma de muerte celular en la cual la membrana celular fracasa aparte y las enzimas celulares digieren la célula. (3) Necropotosis, es una forma programada de muerte celular por necrosis o inflamación. (4) Muerte celular autofágica, las células bajo una cantidad extrema de estrés experimentan muerte celular a través de apoptosis o necrosis. (5) Piroptosis, es una forma de muerte celular que está asociada con la activación de un complejo citoplasmático de proteínas sensibles al daño llamado inflamasoma. (6) Ferroptosis, es un tipo de muerte celular programada que depende del hierro y se caracteriza por peroxidación de lípidos. Genéticamente y bioquímicamente es distinta de las otras formas de muerte celular programada como la apoptosis. La ferroptosis es inducida por la falla de la defensa antioxidante dependiente de glutatión. Adicionalmente, cuando el estrés celular extremo provoca la muerte de la  célula, ocurre un pronto y eficiente aclaramiento de restos celulares para prevenir la necrosis secundaria a través  de señales “encuéntrame” y “cómeme” exhibidas por las células muertas.

   Las especies reactivas de oxígeno (ROS), también llamadas radicales libres de oxígeno, son una de las principales causas de estrés  oxidativo en las células. Las ROS son moléculas altamente reactivas inducidas por formas parcialmente reducidas de oxígeno derivadas del metabolismo celular normal y alterado, aparecieron tempranamente en la evolución y constituyen un mecanismo de señal de transducción para la adaptación  a cambios en nutrientes ambientales y un ambiente oxidativo. Las ROS son producidas principalmente en los complejos mitocondriales I y III de la cadena transportadora de electrones y pueden incluir peróxido de hidrógeno, radicales hidroxilo, aniones superóxidos y peróxido de lípidos, los cuales tienen propiedades químicas inherentes que les confieren reactividad con diferentes blancos biológicos. Las ROS asociadas con estrés oxidativo pueden inducir patología por daños a lípidos, proteínas y ácido deoxirribonucleico, provocando respuestas genotóxicas.   Sin embargo, las ROS también pueden servir como moléculas de señalización para regular la homeostasis celular. Entonces, las ROS pueden ser buenas o malas dependiendo del contexto en el cual son producidas. Aún en procariotes, hay mecanismos bien documentados donde las ROS pueden activar directamente moléculas de señalización para la adaptación al estrés.

   En eucariotes, para contrarrestar el estrés celular, hay un balance entre los sistemas oxidante y antioxidante. Entonces, en condiciones fisiopatológica anormales, el balance no siempre es activado, y el daño oxidativo contribuye a una variedad de enfermedades incluyendo enfermedades cardiovasculares, neurodegenerativas, neoplasias. La orbitopatía de Graves también ha sido implicada. La evaluación de los sistemas de defensa celular (oxidante vs antioxidante) humano en tejido tiroideo de pacientes con enfermedad de Graves (EG) ha revelado un incremento en los niveles de radicales libres en comparación con tejido tiroideo normal. Aunque los anticuerpos estimulantes en el suero del paciente están implicados en la producción de ROS, los parámetros oxidativos aumentados en el suero son difíciles de separar de otras causas como los niveles aumentados de hormonas tiroideas que son conocidos por incrementar la producción de ROS.

   Los tipos de anticuerpos para el receptor de hormona estimulante de la tiroides (TSHR) incluyen: (1) TSHR-Ab estimulantes: activan al adenosina 3´,5´-monofosfato cíclico (cAMP), el cual es necesario para la supervivencia del tirocito. (2) TSHR-Ab bloqueadores: bloquean la unión de la TSH al TSHR y no se activa el cAMP. (3) Ab bloqueador parcial: agonista débil capaz de cAMP en un nivel bajo e inhibir la acción de la TSH. (4) TSHR-Ab neutro: incapaz de activar al cAMP e induce muerte celular o apoptosis cuando no es contrarrestado por el cAMP. La observación de la inducción de ROS en células tiroideas expuestas a anticuerpos de receptor de hormona estimulante  de la tiroides (TSHR) de la variedad “neutra” ha dado lugar a la hipótesis que los anticuerpos, por su gran tamaño, estresan las células tiroideas cuando se une a sus receptores en la membrana celular porque estos macrocomplejos endocitados son difícil de ser manejados por los procesos degradativos celulares. Sin embargo, este fenómeno no se observa, en ciertas condiciones, con anticuerpos estimulantes o con la exposición a TSH. Esto se debe a la capacidad de la célula tiroidea para inducir señales de supervivencia, especialmente cAMP. No obstante, los anticuerpos estimulantes, bajo ciertas condiciones, pueden inducir bajos niveles de ROS.

   Los TSHR-Ab neutros son potentes inductores de ROS. Las ROS inducen estrés mitocondrial y ER provocando apoptosis de tirocitos. Esta inducción de ROS es inhibida por la ruta cAMP/proteína quinasa A (PKA), lo que explica el bajo nivel o la carencia de la inducción de ROS con TSHR-Ab estimulantes o TSH. Más aún, estos datos son compatibles con los resultados de estudios con miocitos cardiacos o células β de islotes pancreáticos que demuestran la inhibición recíproca entre la ruta cAMP/PKA y ROS. La disminución de la secreción de insulina por las células β y las arritmias asociadas con el incremento en la producción de ROS en los miocitos  aumentan con niveles bajos de cAMP. Por otra parte, el inhibidor específico de la ruta cAMP/PKA, H89, permite la inducción de ROS en presencia de TSHR-Ab estimulantes o TSH. Estos hallazgos refuerzan la observación que la señal cAMP/PKA es capaz de suprimir la producción de ROS en los tirocitos.

   El punto final de la inducción de ROS es a menudo la apoptosis de células tiroideas vía inducción de estrés mitocondrial y  ER cuando no son contrarrestados por la ruta de señalización cAMP/PKA. Adicionalmente, la n-acetil-1-cisteína (NAC) y los inhibidores de NADPH (DPI) son inhibidores de ROS y también previenen la apoptosis. Por otra parte, los TSHR-Ab neutros  son menos capaces de inducir endosomas y lisosomas debido a la carencia de inducción de proteínas de la señal Ras/Rab. Por tanto, la ruta de señalización cAMP/PKA es vital para la supervivencia de los tirocitos y puede ser una razón para que las células tiroideas tengan TSHR constitutivamente activos con elevados niveles basales de cAMP. Esta actividad constitutiva de los TSHR independiente de ligando, aunque solamente ha sido bien demostrada in vitro, puede ser un importante recurso in vivo en la homeostasis del receptor y la supervivencia de la célula tiroidea.

   En conclusión, en las enfermedades tiroideas autoinmunes como la EG y la tiroiditis de Hashimoto, la célula tiroidea está bajo estrés constante por la unión de anticuerpos a sus receptores en la membrana celular y no propiamente por un ataque inmune a partir de células T, macrófagos y otras células inmunes. Este estrés celular inducido por anticuerpos generalmente es bien manejado por los tirocitos, y cualquier resto celular acumulado es apropiada y efectivamente eliminado por endosomas y lisosomas, cuando es controlado por una ruta de señalización cAMP/PKA activa. La falla de la señal cAMP/PKA provoca la incapacidad de la célula para manejar los anticuerpos endocitados resultando en altos niveles de ROS y, finalmente, en la muerte de la célula tiroidea.

Fuente: Morshed SA, Davis TF (2020). Understanding thyroid cell stress. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 105: 1-4.

Prolactina en el metabolismo

La prolactina (PRL) es una hormona peptídica secretada por las células lactotropas de la hipófisis anterior y su nombre se debe a su rol en la producción de leche durante la lactancia. Sin embargo, la PRL ejerce otras acciones biológicas, incluyendo efectos sobre la osmorregulación, crecimiento y desarrollo, función inmune, cerebro y conducta, angiogénesis, endocrinología y metabolismo. Consistente con la diversidad funcional de la PRL, sus receptores (PRLR) se encuentran en muchos tipos de tejidos y  células y, en humanos,  la hormona circula  en niveles que son similares en mujeres y hombres (ligeramente mayores en mujeres), aunque aumentan significativamente durante el embarazo y la lactancia. No obstante, el rol de la PRL en hombres no está muy claro. En roedores, los niveles de PRL en las hembras son similares a los de mujeres y hombres, pero los machos exhiben niveles significativamente menores.

   Los efectos metabólicos de la PRL han sido estudiados predominante sobre la base de considerar a la PRL solamente como una hormona diabetógena. Consistente con esta idea, la hiperprolactinemia fisiológica durante el embarazo promueve resistencia a la leptina, hiperfagia, adiposidad y el estado de resistencia a la insulina necesario para el aporte materno de nutrientes para el desarrollo fetal. En esta línea, la hiperprolactinemia patológica debida a prolactinoma ha sido relacionada con obesidad, tolerancia a la glucosa alterada y resistencia a la insulina en hombres y mujeres. Sin embargo, la noción de PRL como hormona exclusivamente diabetógena ha sido rebatida por trabajos clínicos y experimentales recientes que demuestran que los bajos niveles circulantes de PRL están asociados con alteraciones metabólicas, mientras los niveles circulantes normales y por arriba del umbral convencional de hiperprolactinemia (25 µg/l) promueven la homeostasis metabólica en enfermedades metabólicas derivadas de diabetes y obesidad.

   Las células lactotropas comprenden 15-25% del número total de células de la hipófisis anterior en ambos sexos. La PRL madura humana tiene una masa molecular de 23 kDa y comprende 199 aminoácidos, arreglados en una estructura terciaria de cuatro alfa hélices antiparalelas, una estructura similar a la de hormonas filogenéticamente relacionadas, como la hormona de crecimiento y el lactógeno placentario. La secreción de PRL está bajo control inhibitorio por parte del  sistema dopamina (DA) tubero-infundibular (TIDA) del hipotálamo.  La PRL, a su vez,  actúa sobre el hipotálamo para promover la secreción de DA. Los niveles circulantes de PRL muestran una media de 9,9 µg/l en mujeres y 8,4 µg/l en hombres, los cuales son considerados normales (fisiológicos), mientras los niveles >25 µg/l convencionalmente son definidos como hiperprolactinemia.  No obstante, diferentes condiciones fisiológicas (estrés, ejercicio, ritmos circadianos, estimulación por estrógenos, hipoglucemia inducida por insulina, etc.) elevan transitoriamente los niveles circulantes de PRL (arriba de 90 µg/l). Más aún, durante el embarazo y la lactancia, los niveles circulantes de PRL pueden alcanzar valores >200 µg/l. La mayor parte de la PRL circulante es liberada por la hipófisis anterior; sin embargo, la PRL también es producida en sitios extra-hipófisis, incluyendo cerebro, próstata, células inmunes, piel y tejido adiposo.

   Los altos niveles de PRL estimulan la ingesta de alimentos y la ganancia de peso corporal a través de la inducción de resistencia a la leptina en el hipotálamo en mujeres pero no en hombres. Estos efectos sexualmente dimórficos se presentan en el escenario de altos niveles lactógenos (PRL y lactógeno placentario) que ocurre durante el embarazo, conjuntamente con resistencia a la leptina, hiperfagia, ganancia de peso corporal, aumento de la adiposidad, expansión de células beta y resistencia a la insulina para promover la disponibilidad de nutrientes, el desarrollo y la supervivencia fetal. Durante la lactancia, el estado metabólico más demandante en los mamíferos, la PRL actúa conjuntamente con otras hormonas y mecanismos locales en la glándula mamaria para promover adaptaciones metabólicas. La PRL dirige los precursores de la leche (glucosa, aminoácidos y lípidos) hacia la glándula mamaria para la producción de leche. En efecto, la PRL promueve la movilización de lípidos del tejido adiposo a la glándula mamaria en asociación con la reducción de la captación y síntesis de lípidos en los adipocitos y el incremento en la producción de lípidos en la glándula mamaria y aunque no hay resistencia a la insulina sistémica, si ocurre en el tejido adiposo para suprimir la lipólisis. Los efectos de la PRL en el embarazo y la lactancia han sido considerados “diabetógenos”; sin embargo, hay una respuesta homeostática u homeorética a las demandas metabólicas especiales de la unidad madre-feto. En este contexto, la PRL es esencial para la expansión de células beta que ocurre durante el embarazo, y ratones hembras que carecen de PRLR en las células beta, desarrollan diabetes gestacional. Más aún, bajos niveles circulantes de PRL durante la gestación son un factor de riesgo para el desarrollo de diabetes postparto, lo cual indica que la PRL es necesaria para la homeostasis metabólica durante el embarazo.

   Las condiciones que inducen hiperprolactinemia patológica incluyen enfermedades (prolactinoma, hipotiroidismo, disfunción hepática y otros) y medicaciones (antipsicóticos, antidepresivos, procinéticos, estrógenos y otros). La presencia de prolactinoma eleva los niveles de PRL a valores >200 µg/l y frecuentemente está asociada con ganancia de peso y obesidad. El índice de masa corporal (IMC), la resistencia a la insulina y síndrome metabólico (SM) son reducidos después de la terapia con agonistas de DA para disminuir los niveles de PRL. Sin embargo, la mejoría no siempre se manifiesta en los niveles de PRL y se asume que la terapia con DA por sí misma tiene efectos metabólicos beneficiosos. En modelos animales, la evidencia para los efectos perjudiciales de la hiperprolactimenia severa sobre el metabolismo es sólida. La disrupción selectiva de los receptores D2  de DA en las células lactotropas de la hipófisis anterior o la expresión transgénica de la subunidad beta de gonadotropina coriónica que eleva marcadamente los niveles circulantes de PRL están asociadas con hiperfagia, ganancia de peso corporal y masa grasa, esteatosis hepática, intolerancia a la glucosa y resistencia a la insulina. 

   El concepto de bajos niveles circulantes de PRL como síndrome clínico apareció por primera vez en 2009 en asociación con la disfunción sexual en la cual pacientes masculinos con niveles plasmáticos  de PRL <7 µg/l muestran un mayor riesgo de SM, mientras una menor incidencia de eventos cardiovasculares ocurre con niveles altos de PRL (12-35 µg/l). Los niveles de PRL son más bajos en las  pacientes con síndrome de ovarios poliquísticos (PCOS) que en mujeres sin la enfermedad e inversamente asociados con signos de SM y con resistencia a la insulina. En el embarazo, los niveles bajos de PRL predicen un mayor riesgo de incidencia de prediabetes y diabetes postparto.

   Tres estudios publicados en 2013 apoyan la noción que bajos niveles de PRL (<7 µg/l) tienen un impacto negativo sobre la población general. Dos de ellos en adultos demuestran una asociación inversa entre niveles de PRL y prevalencia de diabetes tipo 2 (DT2) y regulación a la glucosa alterada. Estos estudios han sido extendidos y confirmados en diferentes poblaciones. El tercer estudio involucra niños (edad promedio 10,7 años) y reporta que los bajos niveles de PRL ocurren en obesidad y son un factor de riesgo para el desarrollo de SM. Por otra parte, los niveles de PRL en rango fisiológico están asociados con sensibilidad a la insulina en hombres y mujeres y un estudio prospectivo en mujeres reveló que los niveles de PRL entre 15-25 µg/l están asociados con menor riesgo de DT2. Recientemente, un estudio que involucra más de 8000 mujeres revela que altos niveles fisiológicos de PRL (entre 15 µg/l y 35 µg/l) están asociados con menor riesgo de desarrollar DT2. Otro estudio revela que en hombres y mujeres con enfermedad hepática grasa no alcohólica (NAFLD),  los niveles circulantes de PRL son más bajos que en los controles, y aún más bajos en los pacientes con esteatosis hepática severa comparados con pacientes con enfermedad moderada.

   Los datos experimentales apoyan un rol activo de la PRL en la homeostasis metabólica y la protección de disfunción metabólica asociada a obesidad en hombres y mujeres. Los niveles circulantes de PRL son bajos en modelos animales de obesidad, resistencia a la insulina y diabetes. El tratamiento con PRL en ratones diabéticos reduce los niveles de glucosa y, en roedores obesos, mejora la resistencia a la insulina y el hígado graso mientras promueve una expansión saludable del tejido adiposo. Por el contrario, la carencia de señal PRL (en ratones que carecen de PRLR) resulta en una exacerbación  de resistencia a la insulina, hígado graso y adiposidad. En un modelo animal de diabetes inducida por 90% de pancreatectomía, el tratamiento con PRL (los niveles circulantes de PRL alcanzaron 43 µg/l) disminuyó la producción hepática de glucosa y mejoró la sensibilidad a la insulina sistémica. Por el contrario, una dosis alta de PRL (los niveles circulantes de PRL alcanzaron 205 µg/l, similar a una hiperprolactinemia patológica) alteró la sensibilidad a la insulina sistémica. En otro estudio, ratones transgénicos con hiperprolactinemia crónica (>4000 µg/l) mostraron alteraciones metabólicas severas. Estas observaciones indican que los niveles “adecuados” de PRL son necesario para promover y mantener la homeostasis metabólica. Los efectos beneficiosos de la PRL pueden ser atribuidos a acciones en los tejidos metabólicos claves: células beta pancreáticas, hígado, tejido adiposo e hipotálamo.

   La PRL promueve la proliferación de células beta en el páncreas  y la secreción de insulina, previene la apoptosis de células beta y es requerida para la ontogénesis del páncreas durante el período perinatal. En el hígado, la PRL modula el metabolismo de lípidos, previene la enfermedad hepática grasa y regula la sensibilidad a la insulina. En el tejido adiposo, la PRL regula el metabolismo de lípidos y promueve la formación de nuevas células, mientras previene la hipertrofia de adipocitos. Más aún, la PRL es esencial para la formación y actividad del tejido adiposo marrón en ratones recién nacidos. Los efectos metabólicamente beneficiosos de la PRL ocurren directamente sobre los tejidos blanco a través de varios mecanismos moleculares que activan la ruta de señalización canónica del PRLR (es decir, Janus kinasa-2 y señal de transducción y activación de la transcripción). El efecto de la PRL sobre la sensibilidad a la insulina sistémica es mediado, al menos en parte, por acciones centrales sobre el hipotálamo. Los efectos sobre el hipotálamo provocan señales vagales que incrementa la sensibilidad a la insulina en el hígado. La infusión de PRL en los ventrículos cerebrales de ratas 90% pancreatectomizadas, estimula la sensibilidad a la insulina en el hígado, inhibe la apoptosis de células beta y reduce el peso corporal y la adiposidad por mecanismos que involucran un incremento en los niveles de DA y de la señal leptina en el hipotálamo. Entonces, los efectos positivos de la PRL sobre el metabolismo involucran acciones centrales y sistémicas.

   Hay una ventana relativamente amplia entre los niveles de PRL considerados normales (rango 1-25 µg/l) y la hiperprolactinemia sintomática (usualmente >100 µg/l). Los valores entre 25 µg/l y 100 µg/l, fuera de embarazo y lactancia, pueden ocurrir en respuesta a estímulos transitorios, como hipoglucemia inducida por insulina, estrés, ejercicio intenso, picos circadianos y otras situaciones no claras que pueden estar asociadas con alguna causa fisiopatológica aparente (como hipotiroidismo, prolactinoma, medicación, etc.). En modelos animales de diabetes y obesidad, el tratamiento con PRL alcanza niveles circulantes de 40-80 µg/l y contrarresta alteraciones metabólicas, y, en humanos, los niveles de PRL en el rango normal alto y >25 µg/l y cercanos a 40 µg/l están asociados con menor prevalencia de enfermedad metabólica. Por tanto, es razonable pensar que los niveles de PRL en el rango de 25 µg/l y 100 µg/l son beneficiosos para la homeostasis metabólica. Entonces, la ocurrencia de estos niveles en ausencia de causas patológicas puede representar una respuesta fisiológica a un incremento en la demanda metabólica. Sobre la base de estas observaciones, algunos investigadores han sugerido definir los niveles de PRL en este rango, en ausencia de otras explicaciones, como “prolactinemia transitoria incrementada funcionalmente homeostática” (HomeoFIT-PRL). Debido a la clasificación actual de niveles de PRL >25 µg/l como hiperprolactinemia, los pacientes con niveles de PRL en este rango frecuentemente son excluidos de los estudios que evalúan niveles de PRL asociados con enfermedad metabólica, pero son precisamente estos pacientes los que deberían ser investigados. 

   Dos de las preguntas claves que  deben ser clarificadas son: (1) determinar cuáles factores regulan a la baja los niveles de PRL en DT2 y otras enfermedades metabólicas y (2) qué hace que la PRL aumente por arriba del umbral superior en circunstancias asociadas con la salud metabólica. En la obesidad, hay una disminución de la secreción de PRL en 24 horas y una reducción de la respuesta a estímulos secretores de PRL, como hipoglucemia inducida por insulina, hormona liberadora de tirotropina (TRH) y serotonina. En una aparente contradicción, en la obesidad, ocurre una reducción de la acción dopaminérgica hipotalámica y dado que la PRL es inhibida tónicamente por la DA, se podría esperar un aumento en los niveles de PRL; sin embargo, ocurre lo opuesto y se observan niveles bajos de PRL en obesidad y enfermedad metabólica. Entonces, las alteraciones de los niveles de PRL en la enfermedad metabólica puede ser el resultado de una disfunción del eje hipotálamo-hipófisis.

   El hecho que el agonista del receptor D2 de la DA bromocriptina sea una droga antidiabética (Cicloset, aprobado por la FDA) que disminuye los niveles circulantes de PRL contradice la propuesta que los niveles elevados de PRL son beneficiosos en enfermedades metabólicas. La razón para esta controversia puede estar relacionada con los efectos de la DA sobre el metabolismo que son independientes de PRL. Los estudios preclínicos han demostrado que los niveles hipotalámicos de DA están disminuidos en la obesidad y la DT2 y coinciden con bajos niveles circulantes de PRL. Por otra parte, un estudio reciente demuestra que la bromocriptina promueve la tolerancia a la glucosa en ratones con obesidad inducida por dieta  con deficiencia de PRL. Los estudios en animales y humanos indican que la bromocriptina actúa a nivel hipotalámico para inhibir  la excesiva actividad simpática, la producción hepática de glucosa y la lipólisis en el tejido adiposo, lo cual, a su vez, mejora la sensibilidad a la insulina y la tolerancia a la glucosa. La PRL actúa sobre neuronas DA especificas en el núcleo arqueado del hipotálamo para promover la secreción de DA. Estas poblaciones neuronales no solo modulan la secreción de PRL sino que también regulan la actividad de otras neuronas en el núcleo arqueado que están involucradas en el metabolismo, como neuronas orexigénicas y anorexigénicas. Entonces, es posible que los altos niveles circulantes de PRL potencien el efecto protector de la bromocriptina combinando la acción indirecta de la PRL sobre neuronas con función metabólica, a través de la activación de neuronas DA del hipotálamo, con los efectos beneficiosos de la PRL en tejidos metabólicos periféricos. 

   En conclusión, la evidencia clínica y experimental indica que los efectos de la PRL sobre el metabolismo dependen de los niveles circulantes de la hormona. La hiperprolactinemia fisiológica en embarazo y lactancia es una respuesta homeostática que ayuda a sostener la demanda metabólica de la unidad madre-feto. Sin embargo, la hiperprolactinemia patológica como resultado de prolactinoma produce alteraciones metabólicas perjudiciales.  En el otro extremo del espectro, los bajos niveles de PRL son perjudiciales para la homeostasis metabólica y representa un factor de riesgo para DT2, mientras los niveles medios-altos de PRL con un rango normal y niveles de PRL en la zona HomeoFIT-PRL (entre niveles normales e hiperprolactinemia sintomática) son protectores contra la enfermedad metabólica. La PRL actúa sobre páncreas, hígado, tejido adiposo e hipotálamo para mantener y promover la homeostasis metabólica. Los efectos beneficiosos de la PRL sobre el metabolismo son mediados por acciones sistémicas y centrales que pueden involucrar el  incremento en la secreción de DA; por tanto, drogas que elevan la acción de la DA y los niveles de PRL tienen un potencial terapéutico en el tratamiento de la obesidad y la DT2.

Fuente: Mascotela Y et al (2020). Time for a new perspective on prolactin in metabolism. Trends in Endocrinology and Metabolism 31: 276-286.